CN105980695A - 用于计量处于高压下的流体的阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于计量高压流体的阀，该阀具有可插入到流体供应管路(17)的接头底座(18)中的进入接管(14)和布置在该进入接管(14)上的密封组件(20)，其具有可弹性变形的密封环(21)和由塑料制成的支撑环(22)，该密封组件支撑在存在于进入接管(14)上的径向支撑肩(16)上，并相对于接头底座(18)密封。密封环(21)在高压情况下被挤压到一方面支撑环(22)与另一方面进入接管(14)和/或接头底座(18)之间的径向缝隙中并且受损，为了避免所述径向缝隙，布置在密封环(21)和支撑肩(16)之间的支撑环(22)由可弹性变形的塑料材料制成，并且这样实施，使得在作用到密封环(21)上的流体压力下所述支撑环经受弹性变形，所述弹性变形引起无缝隙地在径向上贴靠到进入接管(14)和接头底座(18)上。

Description

用于计量处于高压下的流体的阀
技术领域
本发明以根据权利要求1前序部分的、用于计量处于高压下的流体的阀为出发点，其中，代表涌流或流动介质的上位概念“流体”与用于气体和液体的流体力学相符地被使用。
背景技术
已知的用于将处于高压下的燃料喷射到内燃机燃烧室中的喷射阀(DE101 06 168 A1)具有用于将燃料供应到该喷射阀内的进入接管，该进入接管可插入到燃料供应管路的对应的接头底座中。借助于布置在该进入接管上的密封组件，该进入接管相对于接头底座密封。所述燃料供应管路一般具有多个接头底座，所述燃料通过这些接头底座被分配到多个喷射阀。所述密封组件包括：固定在所述进入接管上的中间或支撑环；以及两个实施为O形环的密封环，这两个密封环在中间或支撑环的上面和下面坐置在进入接管上。所述中间或支撑环优选注塑到进入接管上并这样确定尺寸，使得在它的外周与接头底座的内壁之间仍然留有径向缝隙。所述密封环中的一个布置在该中间或支撑环的下面，而另一个布置在该中间或支撑环的上面。由于供应管路和接头底座中的燃料压力，上面的密封环在轴向上压靠到所述中间或支撑环上，而下面的密封环在轴向上压靠到一个支撑肩上，该支撑肩在下密封环的背离所述中间或支撑环的一侧通过塑料注塑包封构造在进入接管上。两个密封环在此在径向上相对于接头底座的内壁密封。
也还已知的是，仅给所述密封组件装备一个构造为O形环的密封环，并且将支撑环在该密封环与支撑肩之间布置在进入接管上。所述支撑环由于装配原因而被开缝并且在进入接管装入到接头底座中时以其外环面贴靠到接头底座的底座壁上。由此在该支撑环的内环面与进入接管之间形成径向缝隙。
已表明，在燃料压力的作用下压靠到支撑环上的所述密封环长期地一方面被挤压到支撑环与进入接管之间的径向缝隙中并且另一方面被挤压到支撑环与接头底座之间的径向缝隙中，并且由此长期地受损到影响该密封环的密封功能或者甚至导致其失去密封功能的程度。
发明内容
根据本发明的、具有权利要求1特征的阀具有的优点是：通过由受流体压力负载的密封环引起的支撑环弹性变形，随着喷射阀开始运行，进入接管、支撑环和接头底座之间所有的径向缝隙都被消除，使得密封环的所有的缝隙挤压和由此带来的密封环损伤被可靠地排除，从而显著地提高流体供应管路与喷射阀之间的流体密封装置的使用寿命。
通过从属权利要求中列出的措施可以有利地扩展和改进权利要求1中给出的阀。
根据本发明的一种有利的实施方式，为闭合缝隙所需的支撑环弹性变形通过该支撑环的结构构型而引起。该结构构型的特征在于：支撑环具有两个相互平行的截锥形端面以及具有外环面和内环面，在这些环面中，一个环面构造成柱形，而另一个构造成锥形，使得在由这些环面限界的两个截锥形端面中，一个截锥形端面的面积比另一个截锥形端面的面积小；并且支撑环在进入接管上这样布置在密封环与支撑肩之间，使得面积较小的截锥形端面朝向支撑肩。
通过这样的结构构型，在喷射阀开始运行并且由此带来流体供应管路和接头底座中的流体压力增大时，通过密封环使支撑环以该支撑环的柱形环面沿着接头底座或进入接管朝支撑肩移动，并且在此以该支撑环的锥形环面压靠到进入接管或接头底座上。
如果外环面是柱形而内环面是锥形，使得面积较大的截锥形端面与面积较小的截锥形端面相比具有较小的中心锥形开口，那么不受压力负载的支撑环以面积较小的端面中的围绕较大锥形开口的锥边缘支承在支撑肩上，而该支撑环在受压力负载时在外部沿着接头底座向支撑肩的方向翻转，直到该支撑环在轴向上贴靠在支撑肩上并且压靠到进入接管上并且在该支撑环的靠近密封环的区域中对应地在径向上无缝隙地压靠到接头底座上。
替代地，如果内环面是柱形而外环面是锥形，使得面积较小的截锥形端面相对于面积较大的端面具有较小的外直径，那么不受负载的支撑环以其面积较小的截锥形端面的外边缘支承在支撑肩上，并且随着流体压力的增大在内部沿着进入接管向支撑肩的方向翻转，直到该支撑环在轴向上贴靠在支撑肩上并且压靠到接头底座上并且在该支撑环的靠近密封环的区域中对应地在径向上无缝隙地压靠到进入接管上。
根据本发明的有利实施方式，在支撑环的这种结构构型中，该支撑环的尺寸这样选择，使得或者在内环面与进入接管之间或者在外环面与接头底座之间存在小的径向缝隙，该小的径向缝隙使进入接管装配到接头底座中变简单。
根据本发明的另一实施方式，所述支撑环以传统方式具有两个相对于环轴线成直角地延伸的环形端面以及具有外部的和内部的环绕环面，它们相互平行地延伸并限界所述两个端面。所需的支撑环变形通过材料选择而引起，其方式是，该支撑环由FKM弹性体制造。由增大的流体压力引起的、通过位于支撑环上的密封环进行的、在轴向上的力导入引起支撑环的弹性变形，并且通过所述力的径向转向引起支撑环无缝隙地贴靠到进入接管和接头底座上。
根据本发明的有利实施方式，支撑环的面向密封环的端面设有环绕的凹部，该环绕的凹部适配于不受压力负载的密封环的轮廓。由此在流体压力低时，密封环与支撑环就已形成形状锁合的接触，并引起致使支撑环弹性变形的力导入到该支撑环中。
附图说明
在后面的描述中根据附图所示的实施例详细解释本发明。其中：
图1示出附接在流体供应管路上的用于计量流体的阀的侧视图，局部剖，
图2示出在流体供应管路无压力时图1中的局部A的放大图，
图3示出在流体供应管路处于压力下时与图2相同的图示，
图4示出在流体供应管路无压力时图1中的局部A的放大图，该局部A带有根据图2的支撑环的变型，
图5示出在流体供应管路处于压力下时与图4相同的图示，
图6示出在流体供应管路无压力时图1中的局部A的放大图，该局部A带有根据第二实施例的支撑环，
图7示出在流体供应管路处于压力下时与图6相同的图示，
图8示出在流体供应管路无压力时图1中的局部A的放大图，该局部A带有根据图6中的第二实施例的支撑环的变型，
图9示出在流体供应管路处于压力下时与图8相同的图示，
图10根据图2中的第一实施例的支撑环的沿图2中的箭头X方向的立体仰视图，
图11根据图6中的第二实施例的支撑环的沿图6中的箭头XI方向的立体俯视图，
图12示出在流体供应管路无压力时图1中的局部A的放大图，该局部A带有支撑环的第三实施例，
图13示出在流体供应管路处于压力下时与图12相同的图示。
具体实施方式
在图1中以侧视图简化示出的用于计量处于高压下的流体的阀10优选用作喷射阀，所述喷射阀用于将燃料喷射到内燃机的进气通道或燃烧室中。然而，它也可以用作计量阀，所述计量阀用于定量地将流体还原剂喷射到内燃机的排气管道中，以还原氮氧化物。阀10具有阀壳体11，该阀壳体在其计量侧端部处被包含计量孔12的阀座体13终止。为了供应流体，在阀壳体11的位于进入侧的另一端部中插入有进入接管14，流体通过该进入接管进入阀内部到达计量孔12，该计量孔以已知的方式由阀元件15控制。所述进入接管14设有径向支撑肩16，并且为了将阀10附接到流体供应管路17上，该进入接管可插入到构造在流体供应管路17上的接头底座18中。在所述进入接管14上布置有密封组件20，其包括可弹性变形的密封环21和由塑料制成的支撑环22。所述支撑环22可移动地坐置在密封环21与支撑肩16之间的进入接管14上。在流体供应管路17处于高压下时，密封组件20在轴向上压靠到支撑肩16上，并在径向上相对于进入接管14和接头底座18密封。
基于制造公差和装配方面的规定，在所述阀10被装配到流体供应管路17上之后，在一方面支撑环22与另一方面进入接管14和/或接头底座18之间留有径向缝隙。由于这些径向缝隙，在密封环21受高压负载时，密封环材料长期被挤压到径向缝隙中，由此密封环21持久地受损，并且密封组件20长期失去其功能。
为了避免这种径向缝隙，所述支撑环22由可弹性变形的塑料材料制成，并实施成：在作用于密封环21的流体压力下该支撑环经受这样的弹性变形，使得该支撑环在径向上无缝隙地贴靠到进入接管14和接头底座18上。在此，所需的支撑环22弹性变形与流体压力协调地通过该支撑环22的结构构型或通过材料选择而引起。
在图2和3所示的支撑环22第一实施例中，该支撑环22的结构构型(即其造型和取向)引起其在流体压力下进行的、用于所述无缝隙贴靠的变形。所述支撑环22具有两个相互平行的截锥形端面23、24以及一个外环面25和一个内环面26，在这些环面中，一个环面构造成柱形，而另一个环面构造成锥形。锥形的走向这样确定，使得在由环面25、26限界的两个端面23、24中，一个端面比另一个端面面积小。所述支撑环22这样布置在进入接管14上，使得面积较小的截锥形端面24朝向支撑肩16。截锥形端面23、24中的每一个都具有钝锥角α，该钝锥角处于135°至180°之间的角度范围内，例如为140°。对应的锥形环面25或26有一个锐锥角β，该锐锥角处于0°至45°之间的角度范围内，例如为20°。
在根据图2和3的支撑环22第一实施例中以及在根据图4和5的支撑环22变型实施例中，外环面25是柱形的，而内环面26是锥形的并且这样延伸，使得面积较大的截锥形端面23与面积较小的截锥形端面24相比具有较小的中心锥形开口231。在根据图2和3的实施例中，面积较大的端面23中的较小锥形开口231的净直径与进入接管14的外直径相等地确定尺寸，而支撑环22的外直径稍小于接头底座18的净直径地确定尺寸，使得在支撑环22与接头底座18的内壁之间产生小的径向缝隙27，该径向缝隙使设有密封组件20的进入接管14易于插入到接头底座18中。在根据图4和5的变型支撑环22中，为了同样的目的，支撑环22的外直径与接头底座的净直径相等地确定尺寸，而面积较大的端面23中的较小的锥形开口231的净直径稍大于进入接管14的外直径地确定尺寸，使得在进入接管14与支撑环22之间产生小的径向缝隙28。
在根据图2和3的实施例中以及在根据图4和5的变型实施例中，在装配后并且在流体供应管路17无压力时，所述支撑环22以面积较小的端面24中的较大的锥形开口241的边缘支承在支撑肩22上。外环面25沿接头底座18的内壁延伸(图2和4)。在流体供应管路17处于压力下时，支撑环22在外部向支撑肩16的方向翻转，并且在此环绕地压靠到接头底座18上，并逐渐压靠到进入接管14上，直到该支撑环最后完全在轴向上贴靠在支撑肩16上(图3和5)。支撑环22在此进行的变形导致在径向上无缝隙地贴靠在进入接管14上，并且导致在支撑环22的面向密封环21的区域中在径向上无缝隙地贴靠在接头底座18上。
在根据图6和7的支撑环22第二实施例中以及在根据图8和9的、变型的第二实施例中，所述支撑环22的内环面26为柱形，而外环面25为锥形，并且具体地说是这样的：面积较小的端面24相对于面积较大的端面23具有较小的外直径。在根据图6和7的实施例中，支撑环22的净直径与进入接管14的外直径相等地确定尺寸，而面积较大的端面23的外直径稍小于接头底座18的净直径地确定尺寸。而在根据图8和9的变型实施例中，面积较大的端面23的外直径与接头底座18的净直径相等地确定尺寸，而支撑环22的净直径稍大于进入接管14的外直径地确定尺寸。以这种方式，在流体供应管路17无压力时，在图6的实施例中，在支撑环22与接头底座18之间存在有径向缝隙27，在图8的实施例中，在支撑环22与进入接管14之间存在有径向缝隙28，其各自用于使阀10装配到接头底座18中变简单。
在阀10装配到流体供应管路17上之后，不受负载的支撑环22以直径较小的端面24的外棱边支承在支撑肩16上(图6和8)。在流体供应管路17中的压力增大时，支撑环22沿着进入接管14向支撑肩16翻转，并在变形的情况下逐渐以其外环面25压靠到接头底座18上，直到该支撑环以它的面积较小的端面24支承在支撑肩16上，并且压靠到接头底座18上，并且在其面向密封环21的区域中分别在径向上无缝隙地压靠到进入接管14上(图7和9)。
在图2至5中分别以无压力的和受压力负载的状态示出的、根据第一实施例和变型的第一实施例的支撑环22在图10中以根据图2中的箭头X的仰视图立体地示出。在图6至9中分别以无压力的和受压力负载的状态示出的、根据第二实施例和变型的第二实施例的支撑环22在图11中以根据图6中箭头方向XI的俯视图立体地示出。在两个实施例中，支撑环22的轴向长度这样确定尺寸，使得该轴向长度大致相当于径向环宽度的或者说“进入接管14与接头底座18之间的径向间距”的0.1至1倍。
在图12和13中使用在密封组件20中的、根据第三实施例的支撑环22，以传统方式具有两个相对于环轴线成直角地延伸的环形端面30、31以及具有外环面和内环面32和33，这些环面相互平行地延伸，并且在内和在外限界两个环形端面30、32。优选地，径向环宽度比进入接管14与接头底座18之间的径向间距稍小地确定尺寸。为此，在图12的实施例中，支撑环22的净直径比进入接管14的外直径稍大地确定尺寸，使得在进入接管14上产生相对于支撑环22的径向缝隙35。为闭合在一方面支撑环22与另一方面进入接管14和/或接头底座18之间的径向缝隙所需的支撑环22变形在这里通过支撑环22的材料选择而引起。在由FKM弹性体制造支撑环22的情况下，在流体管路处于压力下时，通过密封环21导入到支撑环22中的压力在支撑环22中转化为径向力，所述径向力使支撑环22在径向上进行足够程度的变形，以便实现所述径向缝隙可靠地被闭合(图13)。有利的是，在支撑环22的面向密封环21的端面30中加工有环绕的凹部34，该环绕的凹部适配于不受压力负载的密封环21的轮廓。通过所述凹部34，在低压时，密封环21与支撑环22就已形成形状锁合的接触，由此已引起通过密封环21导入到支撑环22中的轴向压力在开始时就向径向方向转向。

Claims (16)

1.一种用于计量处于高压下的流体的阀，具有：能插入到流体供应管路(17)的接头底座(18)中的进入接管(14)；和布置在所述进入接管(14)上的密封组件(20)，该密封组件具有可弹性变形的密封环(21)和由塑料制成的支撑环(22)，该密封组件支撑在存在于所述进入接管(14)上的径向支撑肩(16)上并相对于所述接头底座(18)密封，其特征在于，布置在密封环(21)和支撑肩(16)之间的支撑环(22)由可弹性变形的塑料材料制成并且这样实施，使得在作用于所述密封环(21)上的流体压力下该支撑环经受弹性变形，该弹性变形引起无缝隙地在径向上贴靠到进入接管(14)和接头底座(18)上。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所需的支撑环(22)弹性变形通过该支撑环的结构构型而引起。
3.根据权利要求2所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)具有两个相互平行的截锥形端面(23、24)以及具有外环面和内环面(25、26)，在这些环面中，一个环面构造成柱形而另一个构造成锥形，使得在由所述环面(25、26)限界的所述两个截锥形端面(23、24)中，一个比另一个面积小，并且所述支撑环(22)这样布置在所述进入接管(14)上，使得面积较小的截锥形端面(24)朝向所述支撑肩(16)。
4.根据权利要求3所述的阀，其特征在于，所述截锥形端面(23、24)中的每一个都具有钝锥角，该钝锥角处于135°至180°之间的角度范围内，例如为140°。
5.根据权利要求3或4所述的阀，其特征在于，分别呈锥形的所述环面(26或25)具有锐锥角，该锐锥角处于0°至45°之间的角度范围内，例如为20°。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的阀，其特征在于，所述外环面(25)为柱形，而所述内环面(26)锥形地这样延伸，使得面积较大的截锥形端面(23)与面积较小的截锥形端面(24)相比具有较小的中心锥形开口(231)。
7.根据权利要求6所述的阀，其特征在于，较小的锥形开口(231)的净直径与所述进入接管(14)的外直径相等地确定尺寸，而所述支撑环(22)的外直径稍小于所述接头底座(18)的净直径地确定尺寸，以相对于该接头底座(18)形成径向缝隙(27)。
8.根据权利要求6所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)的外直径与所述接头底座(18)的净直径相等地确定尺寸，并且较小的锥形开口(241)的净直径稍大于所述进入接管(14)的外直径地确定尺寸，以相对于该进入接管(14)行成径向缝隙(28)。
9.根据权利要求3至5中任一项所述的阀，其特征在于，所述内环面(26)为柱形，而所述外环面(25)锥形地这样延伸，使得面积较小的截锥形端面(24)与面积较大的截锥形端面(23)相比具有较小的外直径。
10.根据权利要求9所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)的净直径与所述进入接管(14)的外直径相等地确定尺寸，并且面积较大的截锥形端面(23)的外直径稍小于所述接头底座(18)的净直径地确定尺寸，以相对于该接头底座(18)形成径向缝隙(27)。
11.根据权利要求9所述的阀，其特征在于，面积较大的截锥形端面(23)的外直径与所述接头底座(18)的净直径相等地确定尺寸，而所述支撑环(22)的净直径稍大于所述进入接管(14)的外直径地确定尺寸，以相对于该进入接管(14)形成径向缝隙(28)。
12.根据权利要求3至11中任一项所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)的轴向长度等于最大径向环宽度的0.5至1倍。
13.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)以传统方式具有两个相对于环轴线成直角地延伸的环形端面(30、31)以及具有外环面和内环面(32、33)，这些环面相互平行地延伸并且限界所述两个端面(30、31)，并且所需的支撑环(22)弹性变形通过材料选择而引起。
14.根据权利要求13所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)由FKM弹性体制造。
15.根据权利要求13或14所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)的径向环宽度稍小于进入接管(14)与接头底座(18)之间的径向间距。
16.根据权利要求15所述的阀，其特征在于，所述支撑环(22)的面向所述密封环(21)的端面(30)具有环绕的凹部(34)，该凹部适配于不受负载的密封环(21)的轮廓。
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